METODA DIAGNOZOWANIA SILNIKÓW OKR TOWYCH Z TURBODO ADOWANIEM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADANIA PROCESÓW GAZODYNAMICZNYCH W UK ADZIE SPALIN WYLOTOWYCH

Transkrypt

1 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... METODA DIAGNOZOWANIA SILNIKÓW OKRTOWYCH Z TURBODOADOWANIEM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADANIA PROCESÓW GAZODYNAMICZNYCH W UKADZIE SPALIN WYLOTOWYCH Zbigniew KORCZEWSKI Akdemi Mrynrki Wojennej, Instytut Technicznej Eklotcji Okrtów Gdyni ul. midowicz 69, e-mil: zkorcz@mw.gdyni.pl Streszczenie W oprcowniu przedstwiono wyniki bdni ekerymentlnego procesu przepywu lin w knle zsiljcym pulscyjny ukd dodowni czterosuwowego silnik okrtowego Sulzer 6AL20/24. Bdnie mio n celu identyfikcj procesów gzodynmicznych relizownych w wydzielonej objtoci kontrolnej knu dl potrzeb dignozowni ukdów cylindrowych orz turborrki w wrunkch eklotcji tego typu silników n okrtch. Dl wyodrbnieni przydtnych prmetrów dignostycznych zsymulowno stn niezdtnoci silnik polegjcy n wyczeniu z prcy jednego cylindr. W wyniku przeprowdzonej nlizy gzodynmicznej i widmowej zrejestrownych wyników pomirowych zproponowno nowe miry dignostyczne. Dlsze bdni ukierunkowne bd n rozszerzenie zkresu symulownych defektów silnik orz doskonlenie mtemtycznych metod precyzyjnego okrelni wrtoci zproponownych prmetrów dignostycznych podnych jzykiem progrmisty. Sow kluczowe: dignostyk, silniki okrtowe, turbododownie. DIAGNOSING MARINE SUPERCHARGING DIESEL ENGINE ON THE BASIS OF RESEARCH RESULTS OF GASDYNAMICAL PROCESSES WITHIN THE EXHAUST SYSTEM Summry There hve been demonstrted some experimentl reserch results concerning exhust flow process in pssge feeding pulstory superchrging system of the four-stroke mrine engine Sulzer 6AL20/24. The investigtion imed to identify gsdynmicl processes worked out in detched control gs ce of the pssge. The gsdynmicl identifiction is foreseen for dignostic purposes on cylinder system s well s turbochrger while dignosing is crried out in opertion condition of such engines. There hs been simulted unservicebility stte consisting in lying one cylinder off. The ctive experiment (introduction of rel defects into the engine) hs enbled the seprtion of useful dignostic prmeters. As result of the gsdynmicl nd hrmonic nlysis of registered dt there hve been proposed new dignostic mesures. The next reserches will be directed into rnge extension of the simulted engine defects s well s frther development of mthemticl methods for precise vlue determintion of proposed dignostic prmeters by mens of progrmmer s lnguge. 1. WSTP Key words: dignostics, mrine engines, turbochrging. podstwie bdni procesów gzodynmicznych w knle zsiljcym turborrk. Do npdu wikszoci okrtów wojennych bdcych n wyposeniu Polskiej Mrynrki Wojennej stosowne s silniki czterosuwowe o zponie smoczynnym szybko- lub rednioobrotowe dodowne turborrkmi. Turborrk jko integrln cz silnik stnowi dl niego ródo strumieni msy powietrz zsiljcego. Temtyk niniejszego rtykuu zwizn jest z zgdnieniem dignozowni ukdów wyminy dunku i turbododowni okrtowych silników linowych w wrunkch eklotcyjnych n 2. PROCESY GAZODYNAMICZNE W TURBOSPRARCE Dl poprwnej prcy silnik w cym zkresie moliwych zmin obcieni, gwrntujcej ckowite lnie pliw w cylindrch, ilo powietrz zsiljcego musi by optymln w stosunku do iloci i jkoci doprowdznego pliw rys.1. Relcje te ujmuje wóczynnik ndmiru powietrz, który dl rozptrywnych silników okrtowych z turbododowniem zwier si w grnicch , nwet do 3.0 w zkresie biegu

2 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... jowego. W procesch nieustlonej prcy silnik np. podczs rozruchu, zminy prdkoci obrotowej, czy te zminy obcieni, z powodu zbyt duych opónie w ukdzie dodowni (rozptrywnego UKAD AUTOMATYCZNEGO STEROWANIA m pow m pl prdko obrotow. Zmniejszj si czynne pol przekrojów przepywu knów midzyoptkowych rrki i turbiny. Spd rwno, r i strumie msy powietrz przepywjcego przez rrk, tke zps jej sttecznej prcy (szczególnie w procesch przejciowych). M to oczywicie negtywne przeoenie n jko wyminy dunku w cylindrch orz proces lni - w tym przypdku nieckowity i niezupeny. SILNIK INERCYJNOCI W OPÓNIE- NIE PROCESY NIEUSTALONE: UKADZIE - ROZRUCH TURBODOADOWANIA - ZMIANA PRDKOCI OBR. - ZMIANA OBCIENIA OPÓNIE- NIE INERCYJNOCI W UKADZIE PALIWOWYM SILNIKA ZAKÓCENIA PRZEBIEGU PROCESU SPALANIA Rys Opónieni w ukdzie zsilni silnik wrz z ukdem utomtycznego sterowni) moe doj do przekroczeni grnicznych wrtoci wóczynnik ndmiru powietrz. W efekcie dochodzi do ndmiernego wzbogceni miesznki pliwowo-powietrznej, zkóceniu uleg przebieg procesu lni. M to decydujcy wpyw n wrto redniego cinieni indykownego, jednostkowe zuycie pliw, obcienie mechniczne i cieplne elementów konstrukcyjnych, toksyczno lin orz hliwo prcy silnik. W skrjnym przypdku moe nwet doj do wypdni smozponów w komorch lni, do smoczynnego wyczeni si silnik z ruchu. Tkie przypdki potwierdzj dowidczeni eklotcyjne uytkowników silników okrtowych. W nieustlonych stnch prcy ukd turbododowni silnik chrkteryzuj okrelone inercje, które wynikj z nstpujcych kumulcji: energii kinetycznej wirujcych ms zeou wirnikowego turborrki, energii cieplnej w elementch konstrukcyjnych turbiny wrz z knmi przepywu lin wypywjcych z cylindrów silnik, msy powietrz i lin znjdujcych si w dnej chwili w poszczególnych czcich knu przepywowego ukdu turbododowni. Rys Osdy znieczyszcze n wirniku turborrki W konsekwencji n powierzchnich knu przepywowego czci turbinowej intensyfikuje si proces powstwni ngru. Dotyczy to zwszcz optek kierowniczych i wirnikowych turbiny orz uszczelnie lbiryntowych. Pogbi to niekorzystne zjwisk towrzyszce znieczyszczeniu knu powietrz dodowujcego. Dodtkowo w wyniku powstwni osdów znieczyszcze n wirniku turborrki moe doj do utrty stbilnoci ukdu mechnicznego i zjwisk drg rezonnsowych powodujcego z kolei przyieszone zuycie oysk wu, tke pknici zmczeniowe optek wirnik rys STANY NIEZDATNOCI EKSPLOATACYJNEJ TURBOSPRARKI W czsie prcy silnik n okrcie do knu przepywowego ukdu turbododowni mog si przedostw róne substncje zwrte, z jednej strony w zsysnym powietrzu dolotowym, z drugiej z w linch opuszczjcych cylindry silnik. Tworz one n powierzchnich knu przepywowego orz w knch midzyoptkowych zeou wirnikowego turborrki trudno usuwlne osdy. Potwierdzj to zrejestrowne wyniki bd endoskopowych rys.3.1. W rezultcie powstjcych osdów wzrst ms wirnik turborrki i zmniejsz si jego Rys Pknicie zmczeniowe optki wirnikowej turborrki Z dowidcze eklotcyjnych wynik, e grubo wrstwy osdu optek rrkowych moe sig

3 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... kilkudziesiciu mikrometrów, z optek turbinowych nwet kilkuset mikrometrów [4], co przy niewielkiej msie i rozmirch zeou wirnikowego orz brdzo duych prdkocich obrotowych (do obr/min) wywier znczcy wpyw n osigi i rwno turborrki i oczywicie silnik. Innym czynnikiem eklotcyjnym destrukcyjnie oddziywujcym n struktur konstrukcyjn turborrki jest zjwisko erozji wywone obecnoci w przepywjcym czynniku roboczym twrdych czsteczek pochodzeni minerlnego w przypdku powietrz orz ngru i smolistych substncji, jko produktu nieckowitego lni pliw w cylindrch rys Rys Wery erozyjne n optkch kierowniczych dyfuzor rrki Ob niekorzystne zjwisk s przyczyn zuywni si powierzchni knów przepywowych, zminy geometrii i kszttu knów midzyoptkowych rrki i turbiny, tke zwikszeni (nwet kilkukrotnego) chropowtoci powierzchni. W konsekwencji wzrstj strty hydruliczne przepywu czynnik roboczego w ukdzie turbododowni, przy zncznym pogorszeniu jego cech dynmicznych. Wzrstj inercje w ukdzie mechnicznym i gzodynmicznym, ze wszystkimi tego konsekwencjmi. 4. PODSTAWY TEORETYCZNE PRZEPYWU SPALIN W KANALE ZASILAJCYM TURBOSPRARK W bdnich dignostycznych pulscyjnych ukdów dodowni silników okrtowych zchodzi konieczno identyfikcji przebiegu zmiennoci dyonownej energii impulsów cinieni lin wylotowych zsiljcych turborrk w czsie trwni jednego cyklu roboczego. N podstwie pomirów chwilowych * wrtoci cinieni itrzeni p 1 i chwilowych wrtoci cinieni sttycznego p 1, p 2 zrejestrownych w dwóch przekrojch kontrolnych 1 i 2 knu lin wylotowych znjdujcych si od siebie w odlegoci L rys.4.1, wyzncz si prdko rozchodzeni si szczytowej mplitudy fl cinieni lin powstjcych po otwrciu kolejnych zworów wylotowych cylindrów silnik: L v (1) f gdzie: f - czs przemieszczeni si szczytowej mplitudy fli cinieni lin od przekroju kontrolnego 1 do 2 knu przepywowego. Dje to w rezultcie moliwo oprcowni tzw. chrkterystyki energetycznej knu zsiljcego, któr uleg rozwrstwieniu w mir postpujcego procesu degrdcji eklotcyjnej elementów struktury konstrukcyjnej silnik. Stopie rozwrstwieni chrkterystyki energetycznej moe stnowi istotne ródo informcji dignostycznej o stnie technicznym ukdu wyminy dunku w silniku orz jego turborrki. Chwilowe wrtoci energii impulsów cinieni lin opuszczjcych cylindry silnik oscyluj wokó redniej wrtoci stej dl ustlonego zkresu obcieni, wedug zoonej funkcji okresowej, z czstotliwoci pierwszej hrmonicznej opisnej zlenoci: i f1 2 (2) m gdzie: i liczb cylindrów zsiljcych kn przepywowy, - prdko ktow wu korbowego silnik, m liczb suwów przypdjc n jeden cykl prcy silnik. W kolejnych etpch oblicze wyzncz si chwilowe wrtoci prmetrów gzodynmicznych w wydzielonej objtoci kontrolnej knu przepywowego: prdkoci rozprzestrzenini si szczytowej mplitudy fli cinieni v f, któr jest sum chwilowych wrtoci prdkoci dwiku i prdkoci przepywu lin w knle c: c (3) v f liczby Mch, wykorzystujc zlenoci przeminy izentropowej, umownie relizownej przy itrzniu strumieni lin w przepywie poddwikowym: f 1 1 p 1 1 p M (4) 1 tempertury lin: T R v 2 f M 1 2 (5) prdkoci przepywu lin w knle i prdkoci dwiku w linch:

4 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... p w c M gstoci lin: L M 1 (6) RT (7) p 1 (8) R T msowego nteni przepywu lin: m Ac (9) orz urednion w obrbie jednego cyklu roboczego silnik wrto entlpii impulsu cinieni lin wylotowych: n H 1 imp 0 p 1, p 1 * p m c T d (10) L p 1 * p 1 p 2 p c 2 p 2 c2 c o nt Rys Pomir chwilowych wrtoci cinieni w knle lin wylotowych zsiljcych turborrk silnik 5. OBIEKT BADANIA Przedmiotem bdni jest ukd turbododowni czterosuwowego szeciocylindrowego silnik Sulzer typu 6AL20/24 z pulscyjnym zsilniem turbiny Npier C-045C prcujcej w tzw. systemie Buchi i chodzeniem powietrz dodowujcego rys.5.1. W skd rozptrywnego ukdu wchodz nstpujce podzeoy: zeó wirnikowy turborrki z turbin T i rrk promieniow S, kny przepywowe powietrz i lin, chodnic powietrz dodowujcego silnik CH. N schemcie zznczono równie miejsc pomiru prmetrów wolnozmiennych silnik dokonywnych stndrdowo przy pomocy zestwu pomiroworejestrujcego, oprcownego ecjlnie w tym celu c1 w Instytucie Technicznej Eklotcji Okrtów Akdemii Mrynrki Wojennej. Rejestrcj wrtoci prmetrów odbyw si z czstotliwoci próbkowni 10 Hz. T pl V plv n R h V o T od T ow T P6 T P5 T P4 T P3 T P2 T P T SP6 T SP5 T SP4 CH 3 Vp Tpt S T T SP3 T SP2 T pd p d T SP1 T wzwch V wzch Tps T wzwchw Rys Schemt ukdu turbododowni silnik Sulzer typu 6AL20/24 Pojedynczy ukd dodowni silnik, o kolejnoci wtrysku pliw , wyposony jest w turbin promieniow z dwuknowym pulscyjnym zsilniem linmi. Przebieg zmiennoci cinieni lin w knch przed turbin m chrkter zbliony do przedstwionego n rys.5.2. Tkie rozwiznie, w którym otwrcie zworu wylotowego trw w =340 0 obrotu wu korbowego, zpewni korzystny efekt nkdni si impulsów fli cinieni z dwóch cylindrów przez w =100 0 OWK. Dziki temu w knch wylotowych njnisze cinienie lin jest wysze od przeciwcinieni wylotu. Uzyskuje si w ten osób poprw rwnoci turbiny, jednk odbyw si to kosztem wikszych nkdów prcy n usuwnie lin (wiksze jest przeciwcinienie w knle wylotu lin). Z przebiegu krzywych n rys.5.2. widoczne jest równie pewne zmniejszenie mplitud przepywjcych fl cinieni lin z cylindrów pooonych w rodkowej czci knów wylotowych, blisko turbiny, w stosunku do cylindrów, których ujci do wólnego knu wylotowego s njbrdziej oddlone od turbiny. Zjwisko to wynik z chrkteru procesu rozprni lin z cylindrów rodkowych, gdzie rozprnie lin odbyw si w obu kierunkch: do turbiny i do pocztku knu, co jest poczone ze znczn strt energii. Jest on tym wiksz im wiksz jest objto bocznych odgzie knu poczeniowego [3]. p O O O 720 T ppd n t T K2 T K1 O [ OWK] Rys.5.2. Przebieg zmiennoci cinieni lin w knch lin wylotowych przed turbin silnik Sulzer typu 6AL20/24

5 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem APARATURA POMIAROWA Specyfik bdni szybkozmiennych procesów gzodynmicznych w ukdzie zsilni turborrki silnik okrtowego nrzuc konieczno wykorzystni wysokiej klsy prtury pomirowej. Do bdni zstosowno rejestrtor cyfrowy typu SEFRAM 8416, djcy moliwo jednoczesnego pomiru i utomtycznej rejestrcji 16 prmetrów kontrolnych z czstotliwoci próbkowni do 250 khz rys do 800 obr/min, przy klsie dokdnoci 0.1 rys.6.4. Ntomist pomir prdkoci obrotowej wirnik turborrki dokonywny by czujnikiem mgnetoelektrycznym, wykorzystujc dw impulsy znczników zmontownych n wle rrki. Zkres pomirowy do obr/min, przy klsie dokdnoci 0.5 rys.6.5. Rys.6.3. Miejsce zmontowni czujnik cinieni wewntrzcylindrowego Rys Widok rejestrtor cyfrowego SEFRAM 8416 zpis przebiegu zmiennoci cinieni lin w knle zsiljcym turborrk Do pomiru cinie w zbiorczym knle lin wylotowych zsiljcych turborrk silnik zstosowno dw czujniki witowodowe firmy OPTRAND typu C11294-Q o zkresie pomirowym 0-7 br i klsie dokdnoci 1.0 rys.6.2. Wielk zlet tego typu czujników jest ich znikom inercyjno khz (T=60s). Rys Pomir prdkoci obrotowej wu korbowego silnik Rys Pomir cinieni lin w knle zsiljcym turborrk Do indykowni cinieni wewntrzcylindrowego wykonno ecjlny kn pomirowy do komory lni cylindr nr 6, w którym zmontowno równie witowodowy czujnik cinieni firmy OPTRAND typu C31294-Q o zkresie pomirowym br i klsie dokdnoci 1.0 rys.6.3. Pomir prdkoci obrotowej wu korbowego silnik dokonywny by czujnikiem indukcyjnym ze zncznik n kole zmchowym. Zkres pomirowy Rys Pomir prdkoci obrotowej wirnik turborrki 7. PRZEBIEG BADANIA Celem bd byo dokonnie wstpnej oceny wpywu zmin stnu technicznego silnik n prdko rozchodzeni si fli cinieni lin w knle zsiljcym turborrk.

6 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... Relizcj ekerymentu poleg n zkóceniu ustlonej prcy silnik n obcieniu 0.4 P nom poprzez wyczenie z prcy jednego cylindr, przy zblokownej listwie pliwowej. W ten osób zsymulowno prc silnik w stnie czciowej zdtnoci technicznej. Jednoczenie dokonywno pomiry prmetrów gzodynmicznych (czstotliwo próbkowni 20 khz) obejmujce: cinienie wewntrzcylindrowe ukdu nr 6, p w, cinienie dynmiczne w przekroju kontrolnym 1 knu poczeniowego, p 1dyn cinienie sttyczne w dwóch przekrojch kontrolnych 1 i 2 knu poczeniowego znjdujcych si od siebie w odlegoci L=0.583 m, p 1, p 2, prdko obrotow wu korbowego silnik, n, prdko obrotow wirnik turborrki, n t, które przeprowdzono w dwóch stnch silnik rónych od siebie: stn penej zdtnoci technicznej, tzw. odniesieniowy, przy nominlnym wyregulowniu elementów sterujcych, stn czciowej zdtnoci technicznej przy wyczonym z prcy jednym cylindrze Anliz gzodynmiczn zrejestrownych przebiegów W wyniku przeprowdzonych bd uzyskno przebiegi w funkcji czsu prmetrów gzodynmicznych chrkteryzujcych stn energetyczny knu zsiljcego turborrk, jko odpowied n wprowdzone zkócenie funkcjonowni silnik wyczenie z prcy cylindr nr 6. N rys. 7.1 i 7.2 przedstwiono zrejestrowne podczs pomirów przebiegi zmin cinieni lin w wydzielonej objtoci kontrolnej rozptrywnego knu. Przebiegi cechuj deformcje, wynikjce z bdów pomiru orz zkóce, zwiznych gównie ze zjwiskiem odbijni i nkdni si fl cinieni, dzini regultor prdkoci obrotowej silnik itd.[3]. W celu odtworzeni wirygodnych przebiegów konieczne jest zminimlizownie wpywu czynników je znieksztcjcych, poprzez uredninie w dziedzinie kt obrotu wu korbowego. Z dowolnej liczby kolejnych cykli prcy silnik (kdy cykl obejmuje dw obroty wu korbowego) utworzono jeden przebieg uredniony, nstpnie wyznczono redni czs przemieszeni si nrstjcego zbocz impulsu fli cinieni lin dl kdego cylindr, przyjmujc ten prmetr jko substytut czsu przemieszczni si szczytowej mplitudy dekwtnej fli cinieni lin. Z zrejestrownych przebiegów wynik, e wyczenie z prcy jednego cylindr wywouje ilociowe i jkociowe zminy pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turbin. Wyniki bd dowodz, e nstpi istotn zmin chrkteru impulsów v f5 =686m/s Rys Przebiegi zmiennoci cinieni lin w przekrojch kontrolnych 1 i 2 knu zsiljcego turborrk silnik Sulzer 6AL20/24 w stnie penej zdtnoci technicznej 5 4 v f5 =441m/s Rys Przebiegi zmiennoci cinieni lin w przekrojch kontrolnych 1 i 2 knu zsiljcego turborrk silnik Sulzer 6AL20/24 w stnie czciowej zdtnoci technicznej przy wyczonym z prcy cylindrze nr 6 cinieni lin rzonych z cylindrmi 4 i 5, które zosty docione (wzrosy mplitudy impulsów). Sdzi nley, e owodowne jest to pogorszeniem wrunków wtrysku i lni pliw w tych cylindrch. Z zrejestrownych przebiegów wynik równie, e istnieje korelcj pomidzy dwk pliw zsiljcego dny ukd cylindrowy mplitud odpowiedniego (rzonego z nim) impulsu cinieni lin w knle. Zobserwowne zjwisko zpdni si mplitudy impulsu cinieni (rys.7.2) wywone jest njprwdopodobniej efektem cofnici si lin do cylindr w okresie otwrci zworów wylotowych orz interferencj fl cinieni pierwotnych i odbitych od dyszy turbiny [3,9]. Ocenijc wpyw symulownego defektu n prdko rozchodzeni si fli cinieni lin w knle mon wnioskow, e wywo prwie 70% dek jej wrtoci. Spd energi kinetyczn lin zsiljcych turbin, zmniejszy si prdko obrotow wirnik turborrki, ztem równie wydjno rrki. Mio to oczywicie brdzo istotny wpyw n prmetry powietrz dodowujcego silnik, n wrunki wyminy dunku w cylindrch orz proces lni. Istotn trudnoci podczs relizcji oblicze prmetrów gzodynmicznych jest precyzyjne i w peni zutomtyzowne okrelenie przesunici 6

7 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... fzowego impulsu cinieni lin przemieszczjcego si pomidzy przekrojmi kontrolnymi bdnego knu przepywowego. N tym etpie relizcji bd zproponowno wykorzystnie odlegoci pomidzy stycznymi do porównywnych przebiegów zmiennoci cinieni lin, w punktch odpowidjcych tej smej, ustlonej (bzowej) jego wrtoci. Dl pogbieni ilociowej nlizy procesu przepywu lin w pulscyjnym ukdzie dodowni rozptrywnego silnik, w tbeli 1 zestwiono chwilowe wrtoci prmetrów gzodynmicznych chrkteryzujcych przepyw impulsu cinieni lin rzonego z cylindrem nr 5 (okrelone w chwili imp5 ) w wydzielonej objtoci kontrolnej knu zsiljcego turborrk. S to wrtoci urednione n dugoci knu, wyznczone wedug lgorytmu obliczeniowego opisnego w rozdzile 4 niniejszego oprcowni. Tbel 1. Chwilowe wrtoci prmetrów gzodynmicznych chrkteryzujcych przepyw impulsu cinieni lin rzonego z cylindrem nr 5 w wydzielonej objtoci kontrolnej knu zsiljcego turborrk (wrtoci urednione n dugoci knu) Prmetr f v f p 1 p 1 M T c m h imp Zkres prcy s -3 m/s br br - K m/s m/s kg/m 3 kg/s kj/kg kw 0.4P nom P nom (wy. cyl. 6) H Aktulnie prowdzone bdni skupione s wokó doskonleni techniki pomirowej orz metod obróbki mtemtycznej i dignostycznego wykorzystni uzysknych wyników pomirów. Prognozuje si, e zmin czsu przemieszczni si impulsów fl cinieni w knle lin wylotowych przed dysz turbiny moe stnowi dekwtny prmetr dignostyczny w ocenie stnu technicznego ukdów cylindrowych orz ukdu turbododowni silnik Anliz widmow zrejestrownych przebiegów Ukd wylotu lin silnik AL20/24 podzielony jest n dw kny przepywowe zsiljce bezporednio (pulscyjnie) turborrk rys.5.1. Pierwszy kn obejmuje cylindry 1, 2 i 3 drugi z cylindry 4, 5 i 6. Biorc pod uwg kolejno zponów tego silnik ( ) i fkt, e jest to silnik czterosuwowy, mon zuwy, e impulsy cinieni lin z poszczególnych cylindrów grupy do knu przepywowego bd miy miejsce w równych wrtocich ktowych obrotu wu korbowego: 2 (11) 3 lub dl przypdku ogólnego: m (12) i 2 Zrejestrowne przebiegi pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk poddno nlizie czstotliwociowej. Poniew dne pomirowe uzyskne w ekerymencie zosty zebrne w równych odcinkch czsu, s okresowe i cige enij ztem wrunki Dirichlet co do moliwoci przeprowdzeni nlizy widmowej z wykorzystniem szybkiej trnsformty Fourier (FFT) [8]. W nlizie tej njmniejsz czstotliwo jest nzywn czstotliwoci podstwow (rzdziej pierwsz hrmoniczn), wiksze czstotliwoci, które s ckowitymi wielokrotnocimi czstotliwoci podstwowej, s nzywne hrmonicznymi. Tk wic przebieg pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk, jko sygn okresowy o okresie T= i czstotliwoci ktowej =/T, mon opis szeregiem trygonometrycznym: y( t) A 0 An cos ( n t) Bn sin ( n t) n1 (13) gdzie: A 0 skdow st sygnu, A n, B n mplitud odpowiednio: skdowej rzeczywistej i skdowej urojonej n-tej hrmonicznej sygnu okresowego. Zoono nstpujcy model rozkdu hrmonicznych pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk rys Cylinder 4 Cylinder 5 Cylinder 6 FFT1 FFT2 FFT3 FFT TURBOSPRARKA Rys Model rozkdu hrmonicznych pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk

8 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... FFT1, FFT2, FFT3 skdowe hrmoniczne pulscji cinie z poszczególnych cylindrów FFT sumryczny rozkd hrmonicznych. Skdowe hrmoniczne pulscji cinie z poszczególnych cylindrów (FFT1, FFT2, FFT3) mon zsumow uwzgldnijc fz ich wystpowni. Sumryczny rozkd hrmonicznych zost okrelony n rysunku 7.3 jko FFT. Do dlszych rozw przyjto nstpujce oznczeni: A xy mplitud skdowej rzeczywistej n-tej hrmonicznej pulscji cinieni lin, Bxy mplitud skdowej urojonej n-tej hrmonicznej pulscji cinieni lin, x = 1, 2, 3,... i numer rozptrywnego cylindr y = 1, 2, 3,... n rzd hrmonicznej I tk szereg Fourier dl przebiegu pulscji cinieni lin od pierwszego cylindr (z pominiciem skdowej stej) przybier nstpujc post: y1( t) A11 cos ( t) B11 sin ( t) A12 cos ( 2 t) B12 sin ( 2 t) A13 cos(3 t) B13 sin(3 t) A14 cos(4 t) T B14 sin(4 t)... T (14) od drugiego cylindr: y2 ( t) A21 cos ( t ) B21 sin ( t ) A22 cos (2 t ) B22 sin ( 2 t ) A23 cos ( 3 t ) B23 sin ( 3 t ) A24 cos ( 4 t ) B24 sin ( 4 t ) (15) od trzeciego cylindr: Korzystjc z podstwowych funkcji trygonometrycznych mon wykz, e dl równoci mplitud: A A (18) A1y 2y 3y B1y B2y B3y (19) widmo czstotliwoci bdzie zwiero tylko czstotliwoci hrmoniczne bdce wielokrotnoci liczby cylindrów prcujcych n jeden kn zsiljcy turborrk. W przypdku silnik 6AL20/24 bd to hrmoniczne: 3, 6, 9.. itd. W przypdku kiedy mplitudy sygnów skdowych bd od siebie róne w widmie czstotliwoci pojwi si pozoste hrmoniczne. Widm mplitudowe pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk uzyskne w wyniku nlizy FFT dl nlizownych stnów prcy silnik przedstwiono n rys.7.4 i 7.5. Czstotliwo podstwow drg generownych przez siy gzowe, odniesion do liczby cykli prcy poszczególnych ukdów cylindrowych, wyzncz si z zlenoci: n f0 (20) 60k gdzie: k liczb obrotów przypdjc n jeden cykl prcy silnik (dl silnik czterosuwowewgo k=2). Z dnych liczbowych n chrkterystykch czstotliwociowych wynik, e zkócenie funkcjonowni silnik polegjce n wyczeniu z prcy jednego cylindr powoduje niepodne zgszczenie widm mplitudowego pulscji cinieni lin w knle f 0 f 3 f 6 f 0 =6.25 Hz D=0.049 f 9 Rys.7.4. Widmo mplitudowe pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk silnik Sulzer 6AL20/24 w penej zdtnoci technicznej y3 ( t) A31 cos ( t ) B31 sin ( t ) A32 cos ( 2 t ) T f 0 B32 sin (2 t ) A33 cos(3 t ) B33 sin (3 t ) T f 2 f 3 A34 cos ( 4 t ) B34 sin ( 4 t ) f 4 (16) f 5 f 6 f 8 f 7 f 9 f 0 =5.50 Hz D=2.632 w knle zbiorczym: y t) y ( t) y ( t) y ( ) (17) ( t Rys.7.5. Widmo mplitudowe pulscji cinieni lin w knle zsiljcym turborrk silnik Sulzer 6AL20/24 w stnie zdtnoci czciowej przy wyczonym z prcy cylindrze nr 6

9 DIAGNOSTYKA 28 ARTYKUY GÓWNE KORCZEWSKI, Metod wyznczni prmetrów dignostycznych silnik okrtowego z turbododowniem... zsiljcym turborrk. Dodtkowo zobserwowno, e w widmie tym dominuje mplitud czstotliwoci podstwowej, co widczy o zncznym niezrównoweniu si gzowych w cylindrch silnik, dzijcych z jednej strony n ukd korbowy (poprzez tok), z drugiej z n gowic i blok cylindrowy (poprzez tulej cylindrow). Niezrównowone siy gzowe potguj destrukcyjne oddziywnie n konstrukcj silnik niezrównowonych si bezwdnoci pochodzcych od ms wykonujcych ruch obrotowy i ruch posuwisto-zwrotny. W celu przeprowdzeni ilociowej oceny tego zjwisk, dl nlizownego rozwizni ukdu turbododowni silnik okrtowego (3 cylindry prcujce n wólny kn lin wylotowych zsiljcych turborrk) proponuje si przyjcie miry dignostycznej wyzncznej z nstpujcej formuy: A0 D (21) A3 gdzie: A 0 mplitud czstotliwoci podstwowej od cykli prcy silnik, A 3 mplitud 3 hrmonicznej od cykli prcy silnik. ledzenie trendu zmin wrtoci tk zdefiniownego prmetru dignostycznego w procesie eklotcji silnik umoliwi ocen stnu technicznego elementów ukdu TPC orz ukdu turbododowni. Jest to szczególnie istotn zlet dl silników (nie tylko okrtowych) nie wyposonych stndrdowo w zwory indyktorowe. 8. WNIOSKI N podstwie wyników wstpnego bdni ekerymentlnego procesu przepywu lin w knle zsiljcym pulscyjny ukd dodowni czterosuwowego silnik okrtowego, w oprciu o nliz gzodynmiczn i widmow zrejestrownych przebiegów czsowych i czstotliwociowych zmiennoci cinieni lin w dwóch chrkterystycznych przekrojch kontrolnych knu zsiljcego turborrk oceniono w osób poredni przebieg procesu lni w cylindrch. Oprcown metod widmowej identyfikcji przebiegu procesów gzodynmicznych w knle lin wylotowych do turborrki moe by lterntywnie stosown w dignostyce silników okrtowych (i nie tylko), w przypdku brku moliwoci bezporedniego pomiru cinie wewntrzcylindrowych (brku zworów indyktorowych). W rtykule zproponowno przyjcie dwóch mir dignostycznych w ocenie stnu technicznego ukdów cylindrowych i turbododowni silnik: prdkoci rozchodzeni si fli cinieni lin w knle (w nlizie gzodynmicznej) orz stosunek mplitud czstotliwoci 3 hrmonicznej i czstotliwoci podstwowej od cyklu prcy silnik (w nlizie drgniowej). Powysze wyniki zchcj do prowdzeni dlszych bd ekerymentlnych w zkresie wpywu regulcji ukdu zsilni i rozrzdu silnik orz wpywu zmin w strukturze konstrukcyjnej dyszy turbiny (symulowne bd znieczyszczeni knów midzyoptkowych) n zdefiniowne miry dignostyczne. LITERATURA 1. KORDZISKI C.: Ukdy wylotowe szybkobienych silników linowych. WKi, Wrszw KORDZISKI C., RODULSKI T.: Ukdy dolotowe silników linowych. WKi, Wrszw KORDZISKI C., RODULSKI T.: Silniki linowe z turbododowniem. WNT, Wrszw ,..,..., KOWALEWICZ A.: Dodownie silników linowych. Rdom MYSOWSKI J.: Dodownie bezrrkowe silników z zponem smoczynnym. WNT, Wrszw MYSOWSKI J.: Dodownie dynmiczne silników linowych czstotliwo drg wsnych w ukdzie dolotowym. Auto- Technik Motoryzcyjn. Kwrtlnik nukowotechniczny nr 2/ OZIMEK E.: Podstwy teoretyczne nlizy widmowej sygnów. PWN Pozn SOBIESZCZASKI M.: Modelownie procesów zsilni w silnikch linowych. WKi, Wrszw WISOCKI K.: Systemy dodowni szybkoobrotowych silników linowych. WKi, Wrszw Dr hb. in. Zbigniew Korczewski jest profesorem ndzwyczjnym Akdemii Mrynrki Wojennej. Kieruje Instytutem Technicznej Eklotcji Okrtów. W rmch dzilnoci nukowej zjmuje si bdnimi npdów okrtowych. Specjlizuje si w dignozowniu silników linowych. Jest utorem pond 80 publikcji przedstwinych n konferencjch nukowych w krju i zgrnic.